隧道支护

第三章隧道施工工艺及施工技术第四节初期支护一、初期支护的基本概念隧道开挖后，为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全度和方便施工，隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层，称为初期支护。初期支护加二次衬砌，构成复合式衬砌。第三章隧道施工工艺及施工技术1.灵活性：支护类型、参数、数量可灵活调整。2.及时性：喷射砼，如早强，能迅速给围岩提供支护抗力；锚喷支护工程特点:3.密贴性：喷射砼与围岩能全面密贴粘结，粘结力一般可达70kg/cm3；第三章隧道施工工艺及施工技术4.深入性：锚杆可深入围岩一定深度加固围岩，形成承载圈。5.柔性：容易调节围岩变形，可控制围岩塑性变形适度发展，发挥自承能力；6.封闭性：可阻止水对围岩的侵蚀而引起风化等。钢筋网喷砼钢架锚杆第三章隧道施工工艺及施工技术二、锚杆锚杆(索)是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。1、锚杆的支护效应(1)支承围岩：锚杆喷射混凝土轴力第三章隧道施工工艺及施工技术(2)加固围岩:承载拱第三章隧道施工工艺及施工技术(3)提高层间摩阻力，形成“组合梁”:PPσσ第三章隧道施工工艺及施工技术(4)“悬吊”作用:第三章隧道施工工艺及施工技术锚杆分类：2、锚杆的种类树脂内锚头锚杆快硬水泥卷内锚头锚杆索水泥砂浆内锚头锚杆索粘结式内锚头锚杆楔头式锚杆楔缝式锚杆索胀壳式锚杆索机械内锚头锚杆端头锚固式)()()()()1(第三章隧道施工工艺及施工技术树脂全粘结式锚杆砂浆锚杆水泥砂浆全粘结式锚杆水泥浆全粘结式锚杆全长粘结式)()2(缝管式锚杆楔管式锚杆摩擦式)3()()()4(索杆先灌浆后张拉预应力锚索杆先张拉后灌浆预应力锚混合式第三章隧道施工工艺及施工技术普通水泥砂浆锚杆构造组成砂浆杆体垫板螺母第三章隧道施工工艺及施工技术施工准备初喷砼面上标注孔位钻孔清孔注入砂浆插入杆体结束固定杆体、待强原材料检验锚杆加工砂浆配比安装垫板质量检查补强处理合格不合格第三章隧道施工工艺及施工技术中空注浆锚杆由中空锚杆杆体和垫板、螺母、排气管等附件组成。主要设在开挖断面的拱部及围岩较差地段的拱墙。第三章隧道施工工艺及施工技术施工准备布孔钻孔、清孔组装中空锚杆体、排气管、止浆塞安装锚杆结束原材料检验确定浆液配比浆体待强、安装垫板螺栓质量检查补强处理合格不合格连接注浆管、注浆锚杆杆体孔口回浆浆液制备第三章隧道施工工艺及施工技术自进式中空注浆锚杆第三章隧道施工工艺及施工技术施工准备组装锚杆体、钻头、钎尾钻进、接长锚杆体钻至设计深度钻机与杆体分离连接注浆管、安装排气管、止浆塞结束原材料检验确定浆液配比浆液制备待强安装垫板质量检验加固处理合格不合格注浆作业至排气管返浆第三章隧道施工工艺及施工技术早强药包内锚头锚杆1-不饱和聚脂树脂＋加速剂＋填料；2-纤维纸和塑料袋；3-固化剂＋填料；4-玻璃管；5-堵头(树脂胶泥封口)；6-快硬水泥；7-湿强度较大的滤纸筒；8-玻璃纤维纱网；9-树脂锚固剂；10-带麻花头杆体；11-垫板；12-螺母9101112挡圈12345a)678b)(1)构造组成第三章隧道施工工艺及施工技术施工准备初喷砼面上标注孔位钻孔清孔浸湿药包孔内塞入药包结束顶入杆体、待强原材料检验锚杆加工安装垫板质量检查补强处理合格不合格第三章隧道施工工艺及施工技术缝管式摩擦锚杆(1)构造组成杆体挡环垫板第三章隧道施工工艺及施工技术楔缝式内锚头锚杆(1)构造组成A楔块杆体垫板螺母第三章隧道施工工艺及施工技术钢质涨壳头钢质涨壳中空注浆锚杆第三章隧道施工工艺及施工技术施工准备布孔钻孔清孔插入杆体安止浆塞加垫板、拧紧螺帽、固定杆体浆液配置注浆第三章隧道施工工艺及施工技术局部布置它主要用在裂隙围岩。重点加固不稳定块体，隧道拱顶受拉破坏区为重点加固区域。布置原则：拱腰以上部位锚杆方向应有利于锚杆的受拉；拱腰以下及边墙部位锚杆宜逆向不稳定岩块滑动方向。第三章隧道施工工艺及施工技术系统布置在破碎和软弱围岩中，一般采用系统布置的锚杆，对围岩起到整个加固作用。对于局部很破碎、软弱围岩部位或可能出现过大变形的部位，应加设长锚杆。系统布置的原则：(1)在隧道横断面上，锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置，对水平成层岩层，应尽可能与层面垂直布置，或使其与层面呈斜交布置。第三章隧道施工工艺及施工技术第三章隧道施工工艺及施工技术三、喷射混凝土喷射混凝土既是一种新型的支护结构，又是一种新的施工工艺。它是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。第三章隧道施工工艺及施工技术1、喷混凝土的作用(2)“卸载”作用(1)支撑围岩(3)填平补强围岩承载圈NN粘结粘结剪切剪切第三章隧道施工工艺及施工技术(4)覆盖围岩表面(5)阻止围岩松动(6)分配外力潮气裂隙水ττ第三章隧道施工工艺及施工技术2、喷混凝土的特点(1)喷射混凝土具有强度增长快、粘结力强、密度大、抗渗性好的特点。它能较好地填充岩块间的裂隙的凹穴，增加围岩的整体性，防止自由面的风化和松动，并与围岩共同工作。•喷混凝土的特点(2)与普通模筑混凝土相比，喷射混凝土施工将输送、浇注、捣固几道工序合而为一，更不需模板，因而施工快速、简捷。第三章隧道施工工艺及施工技术(3)喷射混凝土能及早发挥承载作用。它能在10min左右终凝，一般2h后即具有强度，8h后可达2MPa，16h后达5MPa,一天后可达7~8MPa，四天达到28d强度的70%左右。(4)试验表明，喷射混凝土与模筑混凝土相比，密实性和性能稳定性要差。第三章隧道施工工艺及施工技术3、喷射工艺种类喷射混凝土的工艺流程有干喷、潮喷、湿喷和混合喷四种。主要区别是各工艺的投料程序不同，尤其是加水和速凝剂的时机不同。第三章隧道施工工艺及施工技术细骨料粗骨料水泥搅拌机干式喷射机压缩空气速凝剂水喷头干喷、潮喷工艺流程第三章隧道施工工艺及施工技术细骨料粗骨料水泥水外加剂搅拌机湿式喷射机压缩空气速凝剂湿喷工艺流程第三章隧道施工工艺及施工技术混合喷射又称水泥裹砂造壳喷射法，是将一部分砂加第一次水拌湿，再投入全部水泥强制搅拌造壳；然后加第二次水和减水剂拌和成SEC砂浆；将另一部分砂和石、速凝剂强制搅拌均匀。然后分别用砂浆泵和干式喷射机压送到混合管混合后喷出。砂浆泵第三章隧道施工工艺及施工技术搅拌机搅拌机干喷机混合管喷头一次水水泥二次水减水剂砂石速凝剂混合喷射工艺流程第三章隧道施工工艺及施工技术•喷射混凝土机械设备(1)喷射机。干式喷射机湿式喷射机第三章隧道施工工艺及施工技术(2)机械手。喷头的移动和喷射方向、距离的控制，可采用人力直接控制或机械手控制。(3)喷射混凝土的拌制宜用强制式搅拌机。第三章隧道施工工艺及施工技术4、纤维喷射混凝土混凝土增强纤维钢纤维非钢纤维高弹纤维低弹纤维第三章隧道施工工艺及施工技术第三章隧道施工工艺及施工技术第三章隧道施工工艺及施工技术5、钢筋网喷射混凝土•构造组成钢筋网通常作环向和纵向布置。第三章隧道施工工艺及施工技术环向筋一般为受力筋，由设计确定，直径φ12左右；纵向筋一般为构造筋，直径φ6~φ10；网格尺寸一般为20cm×20cm，20cm×25cm，25cm×25cm，25cm×30cm或30cm×30cm。第三章隧道施工工艺及施工技术四、钢拱架1、构造组成钢拱架可以采用工字钢、钢管或钢筋制成。现场采用以钢筋制作的格栅钢架较多。隧道中线拱部A单元拱部B单元开挖轮廓线边墙C单元边墙D单元内轨顶面仰拱E单元第三章隧道施工工艺及施工技术第三章隧道施工工艺及施工技术格栅钢架的断面第三章隧道施工工艺及施工技术接头示意图第三章隧道施工工艺及施工技术第三章隧道施工工艺及施工技术第三章隧道施工工艺及施工技术第三章隧道施工工艺及施工技术工字钢钢架钢管钢架第三章隧道施工工艺及施工技术2、性能特点(1)钢拱架的整体刚度较大，可以提供较大的早期支护刚度；型钢拱架较格栅钢架能更早承载。(2)钢拱架可以很好地与锚杆、钢筋网、喷射混凝土相结合，构成联合支护，增强支护的有效性，且受力条件较好。尤以格栅钢架结合最好。(3)格栅钢架采用钢筋现场加工制作，技术难度和要求并不高；对隧道断面变化适应性好。(4)钢拱架的安装架设方便。第三章隧道施工工艺及施工技术五、联合支护(1)联合支护宜联不宜散，彼此要直接地牢固相连，以充分发挥联合支护效应。(2)钢筋网及钢拱架要尽可能多地与锚杆头焊连，锚杆要有适量的露头。第三章隧道施工工艺及施工技术(3)钢筋网及钢拱架要被喷射混凝土所包裹、覆盖，即喷射混凝土要将钢筋网和钢拱架包裹密实。(4)分次施作的联合支护，应尽快将其相联，如超前锚杆与系统锚杆及钢拱架的联结。(5)分次施作的联合支护，要在量测指导下进行，以做到及时、有效，并作适当调整。